CN1134645C - 冶金炉装置 - Google Patents

Abstract

一种冶金炉装置(1)，其包括圆柱形炉体(2)，该炉体(2)可作旋转和/或倾动或类似运动并至少有一个托圈(7)，该托圈(7)安装在炉身外侧上以便能产生所述运动，其中各托圈(7)与炉体(2)保持一定间隔且通过沿炉子纵向延伸的传力支承件(6)连接到炉体上，该支承件用于防止热膨胀引起的炉体运动传递到托圈(7)上，并且承受来自炉子装置的自身重量和炉料重量的外部负载。本发明的特征在于，上述支承部件(6)由封闭的环梁支圈构成，该环梁支圈围绕着炉身并通过柔性连接件分别与炉体(2)和托圈(7)连接，该柔性连接件使得由于炉体(2)的热膨胀运动而使环梁支圈(6)和炉体(2)之间的角度作有限的变化，在实际环梁支圈(6)没有任何显著弯曲或其它变形的情况下消除了所述这些运动。

Description

冶金炉装置

本发明涉及一种冶金炉装置，其包括一个可以旋转和/或绕轴摆动或作类似运动的圆柱形炉身，由至少一个安装在炉身外部的托圈(ring)来实现上述的这些运动，如权利要求1的前序部分所述。本发明特别是涉及顶吹式转炉。

所谓的“冶金炉装置”总体是指工艺设备，用这种设备在处理工艺所需的高温下进行火法冶炼处理。本文所用的术语“冶金炉装置”还包括这些炉子装置，即：这些炉子除了进行严格的火法冶炼处理之外还进行如无机高温冶金处理工艺。炉子装置可以是熔化炉、窑炉或用于分批处理和连续处理的各种热处理炉。这种炉子装置可以有一个或几个环绕炉身的托圈，这些托圈通常是作为安装托圈并具有滑动托圈、倾动托圈或支承托圈的功能。这些托圈的共同特征是它们均安装在炉身外部，即炉子装置的圆柱形外壳壁上。

目前有多种冶金炉，每种炉均可完成一种特定的运动。例如，人们所知道的这些连续操作的回转窑，它包括多个托圈，这些托圈座落在滚柱上，这些滚柱可以是驱动滚柱或仅是支承滚柱，而炉身稍微倾斜。另外，还需设计出能够作各种运动、例如倾动或绕各自长轴转动的水平操作的转炉。这些转炉同样座落在滚柱上并且可在所述滚柱的作用下倾动或转动，这些滚柱是自由转动的或者是被驱动的。在本领域中还公知一组炉子，这种炉子通常指非水平转炉。这种转炉的共同特征是可以倾倒或绕垂直于其纵轴的横轴旋转，它们各自均有一个底部和一个上部，该上部包括开孔，该开孔在炉子的纵向上与所述底部相对。这种炉子可以是如LD、Thomas、OBM或BOLD炉中的一种竖炉或者是经常被称为TBRC或Kaldo炉的倾斜式转炉。

除了能够倾动和/或摆动外，回转炉还应该能够经常以高速绕其纵轴转动。该炉子在旋转过程中要进行例如混合操作和反应处理，并且边旋转边完成装料、鼓风、排渣、出炉和修复炉衬操作。

所有上述冶金炉存在的共同问题是：围绕炉身安装托圈且不会在炉子操作过程中由于炉内和炉壁的大温差导致其使用上的复杂性。这些温度变化在空间和时间上会进一步扩大。而且，在冶炼过程中当要对炉子进行操作，即要使炉子转动和摆动或环转运动时，这种炉子装置和其内炉料的大重量会引发一些问题。由于这些温度变化，炉子装置将沿径向和纵向交替地膨胀和收缩。此外，在整个炉身上炉子装置的膨胀是不均匀的。随之，当这些托圈直接安装在外炉壁上时，由于托圈不能随着炉壁热膨胀引起的运动而出现了问题。因此，采取的解决办法是将这些托圈以预定的间隔或间隙安装在炉身上，使托圈能够沿炉身滑动。可是，这样处理的问题是在托圈和炉身之间出现了不希望有的间隙，该间隙导致托圈和炉壁的严重磨损，特别是因为使用炉子时必须使重载荷一起运动尤为如此。

近几年提出了各种不同的结构来解决这些问题，例如，利用各种不同类型的可动螺栓连接件固定托圈和炉身。英国专利GB-A-1218441描述了这样的一种结构，根据该文献，一个安装托圈借助于支承件和“弹性”可伸长的螺栓固定在如Kaldo转炉的炉壁上，该螺栓被插在细长截面的孔内，这些孔穿过该托圈和支承件且与炉子纵轴线平行，这样在螺栓的相对端沿炉子径向伸展的每一孔的纵轴线分别由设置在托圈和支承件上的支承表面支承。这使每个螺栓可在径向平面内摆动。从而，螺栓实际上起到了某种起外倾作用的连杆作用。

其中托圈安装在炉身上的所有公知和经试验结构的共同缺点是炉身上的巨大的磨损量，巨大的磨损量导致需经常且定期地进行维护，从而带来巨大的维护费用。由于该原因，上述的这些公知和经试验结构均不能获得真正的成功。当然，炉子装置结构越大，产生的问题越多。这是由于较重负载下炉身上的磨损量增加。从目前的操作情况来看，装料量经常达到100吨，这样上述的问题显得尤为突出。炉子结构上的任何不希望有的间隙可能会带来很大的麻烦而且会导致严重的磨损问题，并且在高速旋转时还会产生旋转不平衡，这使得磨损问题更为严重。

丹麦专利DK-A68786提出了一种技术方案，该方案是将支承托圈通过所谓的弹性支承部件连接到炉子外表面上。这些支承部件刚性地安装在炉子的外圆柱表面和支承托圈上，例如是通过几排螺栓来实现的。为了能够吸收炉身因热膨胀而产生的炉身运动，每个支承部件被迫弯曲。因为利用了材料的固有弹性，该方案在技术上是有效的，并且从目前的情况来看是一个较好的办法。为了便于利用这种支承部件的弹性性能，建议所述的部件形状为板状、铁片或类似部件，并且它们还可在所述支承部件连接于炉壳的那一端连接到短柱件上。当炉子装置包括一个外壳时，该外壳最好有一些轴向缝，这些轴向缝便于弹性支承部件的弯曲。结合本发明，要对早期提出但从没试验过的设想(就我们所意识到的)进行计算，这些设想是为了解决与带支承托圈的炉体热膨胀有关的上述问题。然而，以现代计算机程序FEM分析所作出的机械强度计算表明在这种结构下重载引起的疲劳应力和载荷频繁的交替变化(炉子旋转)实在太大以致于炉体在几个部位会发生疲劳断裂。这特别是由于在缝径处和连接孔处的应力集中所致，这样会大大地减少结构的使用寿命。为什么这种明显有缺陷的结构没有被普遍应用的一个原因可能是因为缺少在任何试运行中获得的负面经验。如果是这样的话，今天就可利用现代计算机化的强度计算来解释这种负面经验。

尽管本发明并不限于回转炉，如在前所述，它特别地涉及这种安装托圈固定问题最严重的炉子装置，部分原因是基于这种转炉特定的操作条件，这种转炉需要旋转和倾动或摆动。对于具有转炉经验的冶金技术人员而言这些问题均是公知的。

本发明的一个目的是提供一种冶金炉装置，这种炉的设计基本上消除了以前有关在旋转、倾动和/或摆动炉子装置时安装托圈的固定问题。本发明的另一个目的是提供一种冶金炉装置，这种炉子操作可靠，而且维护费用比以前的炉子装置低。

具有后述权利要求的技术特征的本发明冶金炉装置能够完成上述这些目的。

本发明的冶金炉装置包括托圈，即如支承托圈、倾动托圈等的安装托圈，安装托圈与炉体保持一定间隔地固定在炉体周围，每一个托圈通过沿炉子装置纵向延伸的传力支承件连接到炉体上，并能防止热膨胀引起的炉体运动传递到托圈上而与此同时将来自炉子装置和可能物料的负载传递到托圈上。根据本发明，支承部件由封闭的外壳(下面称作为环梁支圈(mantle)构成，该环梁支圈通过连接件分别与炉体和托圈连接，该连接件具有柔性以便于允许在炉体热膨胀运动时使环梁支圈、炉体和托圈的相互交角分别作有限的变化。这样的方案消除了与这种运动有关的问题，且不需要使支承部件作任何弯曲或使环梁支圈以任何方式变形。因此可基本上实现热膨胀且不会造成环梁支圈变形。这也可以通过将环梁支圈表达成“吸胀”来表示。

因而，“吸胀环梁支圈”指的是一种环梁支圈，即：它能利用结构材料(通常是钢)的自然和特定的性能借助于该环梁支圈在其固定到炉壁上的那一位置随着炉体的热膨胀运动而移动，而环梁支圈另一端的直径保持相对恒定，该端适合于固定安装托圈而且在目前的状态下只稍有膨胀，所述的另一端温度较低且温度变化也相对较小。

环梁支圈可以是圆柱形的且在一端或靠近该端的附近连接到凸缘或类似部件上，该凸缘固定在炉体上并从其向外突出，其径向伸出量应与炉体和安装托圈(以冷炉体时为准，即没有热膨胀)的直径差相对应。另外，环梁支圈也可以是锥形的，并在截面最小的那一端连接到炉体上。

理想的是，可以在环梁支圈或支承安装托圈的那部分环梁支圈与实际炉体之间设置绝热屏障，用于将托圈、支承托圈和相应轴承的温度和温度变化维持在较低的水平上。环梁支圈和/或从炉体突出的凸缘上可设置通气孔。这样的措施便于空气在炉体和环梁支圈间循环，使得炉体的表面温度保持在可接受的程度。

现在参照Kaldo转炉的一个优选实施例和附图将更详细地说明本发明，图1是Kaldo转炉的炉体侧视图，图2示出上述炉体的侧视截面图，图3示出Kaldo设备的原理，图4示出环梁支圈与炉体柔性连接的原理，而图5示出本发明环梁支圈连接方式的优选实施例。

图1和2所示的是Kaldo炉子装置1，该炉子装置1包括圆柱形炉体2、锥形底部3和锥形上部4。炉子装置1可绕几何长轴5旋转。炉体2外部的局部位置上设置了吸胀环梁支圈6，该环梁支圈6在一端上有一个支承托圈7。环梁支圈6通过一个环形凸缘8连接到炉体上，该凸缘8从圆柱形炉体向外凸出且围着炉体的整个外周并与其连接。环梁支圈6这样连接于炉体的方式在图2中清楚示出。在炉体2上还安装了一个保护罩9，该保护罩9用来防止渣和其它粗物料颗粒进入支承托圈7和支承轮13之间。另外，环梁支圈6可以直接固定到炉体2上。在后述的情况下，环梁支圈6是锥形。环梁支圈6与炉体2或炉体凸缘8的连接方式以及和支承托圈7的连接方式分别为柔性连接。这种柔性连接可以通过不同的方式实现。例如，通过专门设计的具有夹紧连接件的焊接或专门设计的凸缘连接件均能实现允许在连接处的角度作有限变化的连接方式。因此环梁支圈6两端的连接能够合适地传送热量并且在连接点处获得温度平衡。对每一种特定应用，环梁支圈6均可以用任何质量可靠的结构钢来制作。

图3示出带炉子装置的Kaldo设备，该设备在其应用位置上。炉子装置1在纵向上倾斜且座落在支承轴承11上，该装置1由驱动电机12驱动绕其纵轴5旋转，电机12可以是液压电机或带齿轮箱的电动机。支承轮13支承着炉子装置1旋转，该支承轮13设置在炉子装置1的下部分。轮13利用轴承安装在支承结构14中。炉子装置1上设置了支承托圈7，该支承托圈7安装在吸胀环梁支圈6的一端，而环梁支圈6被固定到焊接于圆柱形炉体2的凸缘8上或者以其它合适的方式锚固于其上。

图4示出了锥形吸胀环梁支圈6的连接方式，其中，环梁支圈的截面最小的那一端直接柔性锚固于炉体2上，所述的连接点6a用实线圆图示出，而其它的非刚性或柔性连接点也一样。锥形环梁支圈6的功能与图3示出的圆柱形环梁支圈6一样。

图5示出连接吸胀式环梁支圈的连接方式的优选实施例。炉体2有一凸缘8，该凸缘8上有一凹槽17a，如图所示在环梁支圈6左侧部分构成的环梁支圈凸缘17容纳在凹槽17a内。环梁支圈6的右侧部分也形成为一个凸缘16，该凸缘16容纳在支承托圈7上的对应凹槽16a内。孔15穿过炉体凸缘8和左侧环梁支圈凸缘17以及支承托圈7和右侧环梁支圈凸缘16，孔15内插入螺栓连接件(图中未示出)。环梁支圈凸缘16、17的形状比较紧凑且通过所谓的FEM型计算机计算优化，它们与支承托圈7和炉体凸缘8仅有较小的接触表面。因而，在凸缘16、17和支承托圈7及炉体凸缘8之间的角度可以分别改变而不会给螺栓或凸缘16、17增加不希望有的应力或拉力。当然很好地选择支承托圈7和环梁支圈凸缘16之间的配合也是很重要的，以便于能够防止这些部件之间的任何径向间隙。这样，环梁支圈6被柔性地固定到支承托圈7和炉体凸缘8上，从而当由于炉内热量产生热膨胀使炉体2作径向运动时，使环梁支圈随着凸缘8的径向运动而移动到一个新的位置。然而，因为支承托圈7与炉子装置1和炉体2的温度变化无关，它没有被加热而仍保持为冷的状态，所以支承托圈7的位置保持不变，环梁支圈6为大体锥形。

环梁支圈6和其连接方式基本上能够消除热膨胀引起的炉体2和炉体凸缘8的移动。从炉体通过环梁支圈6传送给支承托圈7的热量很少。加热支承托圈6的主要热源是来自炉体2的辐射。可以将支承托圈7与热辐射屏蔽开，例如在支承托圈7和炉体2之间设置绝热材料(图中未示出)。

实施例

最近在两个Kaldo炉上使用了本发明的系统来将支承托圈固定和连接到炉子装置上。一种装置是在Kazakhstan的铜厂内而另一装置是在瑞典的由Boliden AB拥有的Rnnskr冶炼厂内。两个装置的规格相同且主要技术参数如下：

总重量(砖和熔炼物除外)              21300kg

熔炼物重量(操作中)                  6000kg

砖重                                18500kg

最大倾动速度                        0.6rpm(转/分)

最大转动速度                        20rpm

两台炉子已经运行了8个月，支承托圈连接均没有发生任何问题。

就最近对Rnnskr的装置作了专门调查，其中螺栓连接件的拧紧力矩和支承托圈的任何磨损或损坏与供货时相比均没有发现任何变化。到目前为止，可以认为这种炉子装置能够满足可实现基本上无维护费用的支承托圈连接的所有目的。

Claims (6)

1.一种冶金炉装置(1)，其包括圆柱形炉体(2)，该炉体(2)可作旋转和/或倾动或类似运动并至少有一个托圈(7)，该托圈(7)安装在炉身(2)的外侧上以便能产生所述运动，其中各托圈(7)与炉体(2)保持一定间隔且通过沿炉子装置(1)纵向延伸的传力支承件(6)连接到该炉体上，该支承件用于防止炉体(2)的热膨胀运动传递到托圈(7)上，同时承受来自炉子装置的自身重量和炉料重量的外部负载，其特征在于，上述支承件(6)包括一封闭的环梁支圈，该环梁支圈围绕着炉体(2)并通过连接件分别与炉体(2)和托圈(7)连接，该连接件具有柔性以便于允许炉体(2)产生热膨胀运动时环梁支圈(6)和炉体(2)之间的角度能作有限的变化，在实际环梁支圈(6)没有任何显著弯曲或其它变形的情况下消除所述运动。

2.根据权利要求1所述的冶金炉装置，其特征在于，环梁支圈(6)是圆柱形的，并在一端或靠近该端的附近连接到凸缘(8)或类似部件上，该凸缘(8)固定在炉体(2)上并从其上向外突出。

3.根据权利要求1所述的冶金炉装置，其特征在于，所述的环梁支圈(6)是锥形的，该锥形环梁支圈在其截面最小的那一端连接到炉体(2)上。

4.根据权利要求1-3所述的冶金炉装置，其特征在于，在托圈(7)和炉体(2)之间设置了隔热屏障。

5.根据权利要求1-4所述的冶金炉装置，其特征在于，环梁支圈(6)和/或炉体(2)上的凸缘(8)包括贯通的气体冷却孔。

6.一种顶吹式转炉(1)，具有圆柱形炉体(2)、锥形底部(3)和上部(4)，并具有安装在该炉体(2)外侧上的支承托圈(7)，所述支承托圈(7)与炉体(2)保持一定间隔且通过沿炉子(1)纵向延伸的圆柱形或锥形支承件(6)连接到炉体上，该支承件用于消除炉体(2)的热膨胀引起的运动，其特征在于，上述支承件(6)由封闭的环梁支圈构成，该环梁支圈围绕着炉体(2)并通过柔性连接件分别与炉体(2)和托圈(7)连接，该柔性连接件使得在炉体(2)产生热膨胀运动时在环梁支圈(6)和炉体(2)之间的角度产生有限的变化，在实际环梁支圈(6)没有任何显著弯曲或其它变形的情况下消除了所述运动。

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